冲击电压发生器ppt

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1、1第第4章章冲击电压发生器第第章章主要内容1. 冲击电压发生器的功用和冲击电压波形2. 冲击电压发生器的基本原理3. 冲击电压发生器放电回路的数学分析4. 冲击电压发生器的充电回路5. 冲击电压发生器的同步6. 冲击电压发生器的结构7. 产生截断波的方法8. 产生操作波的方法9. 陡波前冲击电压的产生冲击电压发生器是一种产生脉冲波的高电压发生装置，用于研究电力设备遭受 大气过电压 和 操作过电压 时的绝缘性能，1 冲击电压发生器的功用和冲击电压波形1.1 冲击电压发生器的功用同时，冲击电压的破坏作用不仅决定于 幅值 ，还与 波形陡度有关，所以也用于研究某些电力设备的 截断波 绝缘性能。其它作用

2、：用于纳秒脉冲功率用于大功率电子束和离子束、激光器的电源。1.2 冲击电压的波形雷电波是一种非周期性脉冲，它的参数具有统计性。它的波前时间（约 0 幅值时间）为 0.5 10s。半峰时间（约 0幅值后又降到 1/2幅值所需时间 ） 约 20 90s。 IEC研究表明） 约 。累积频率为 50%的波头和波长分别为 1.0 1.5s和 40 50s。z 雷电冲击电压波全波z 雷电冲击电压波截波z 操作冲击电压波（持续时间长得多，形状复杂，且形状和持续时间随线路的具体参数和长度不同而有异，目前国际上趋向于用一种几百微秒波前和几千微秒波长的长脉冲来代替）。雷电冲击电压全波参数定义 （波前时间，半峰值时

3、间）：1.2 冲击电压的波形波峰附近振荡的全波全波波形雷电冲击电压截波参数定义 （波前时间，半峰值时间，截断时间，电压跌落持续时间，电压跌落陡度）：1.2 冲击电压的波形波尾截断雷电波形 波头截断雷电波形2操作冲击电压参数定义 （波前时间，半峰值时间，90%峰值时间）：1.2 冲击电压的波形操作冲击电压波形1.3 冲击电压发生器标称电压与被试品额定电压关系操作过电压波幅直接与系统电压有关，一般为额定电压的若干倍，雷电过电压的波幅与系统电压无直接关系，但由于线路的绝缘水平 、 地电阻 、 保护设备的性能等原因 ， 可能出、 、 ，现的雷电波幅值随系统电压的升高而上升。试品额定电压（kV）35 1

4、10 220 330 500 750冲击发生器标称电压（MV）0.40.6 0.81.5 1.52.7 2.43.6 2.74.2 3.66.02 冲击电压发生器的基本原理冲击电压发生器的两个基本要求： 输出几十万 几百万伏的电压 ； ； 电压具有一定波形。由Marx发明的一种冲击电压发生器是一种非常实用、得到广泛推广的冲击发生器。2.1 基本Marx冲击回路原理r 硅堆保护电阻，rR，r=(1020)R；R充电电阻；C1C4主电容；rd阻尼电阻（阻尼波形振荡）几几十；g1:点火球隙，g2g4中间球隙；g0隔离球隙；C：对地杂散电容；Rf：波头电阻；Rt：波尾电阻；C0：被试及测量设备的电容2

5、.1.1 并联充电通过硅堆 D，使 C1 C4均充电到 U；g1 g4球隙上电位差也为U， g0上无电压；调节 g1 g4球隙距离，使其放电电压大于 U；这是一个稳定的并联充电状态。2.1.2 串联放电z 当给点火球隙的针级送去一脉冲电压，引起点火球隙放电 ，于是 C1的上极板经 g1接地；点 1电位由 0变为 U ；z C 、 C 有电阻 R隔离 ， R较大 ， 在 g 放电瞬间 ， 点 2点 3电位1、2， ， 在1， 点 点不可能突然改变，点 3仍为 -U ；z g2上的电位差实上升为 2U， g2放电，点 2电位为 2U ；z 同理， g3、 g4也跟着放电；隔离球隙 g0也放电，这时

6、输出电压为 C1 C4上电压的总和，即 4U。通过一组球隙逐次顺利完成串联放电过程。32.1.3 放电的同步在球隙放电时， g1不放电其它球隙都不放电，一旦 g1放电 ，则其它球隙顺序逐个放电 ， 满足此条件的 ， 称球隙同步好 ， ， ，否则同步不好。2.1.4 串联放电时的等效电路原理可概述为： 电容已并联充电，串联放电，而串联放电的实现是靠一组球隙来达到的。2.1.5 输出波形2.2 双边充电的冲击电压发生器要提高冲击电压发生器的输出电压有两种途径：9 提高充电电压 ， 但受电容器额定电压的限制 ；， ；9 增加级数，但级数多了会给同步带来困难。2.2 双边充电的冲击电压发生器双边充电回

7、路在不增加级数，相同充电电压下，输出电压增加一倍。对于充电用的试验变压器，正负半波在充电时都发挥了作用。但所用的电容器台数增加一倍。2.3 冲击电压发生器的高效回路只有一边有 R，另一边由 rf、 rt兼作充电电阻， rf、 rt分散在各级内，无专门的 rd，也无 g0（隔离球隙），其充电原理与前述相同，串联放电后的回路不同。42.3 冲击电压发生器的高效回路高效回路串联放电的等效回路没有了专门阻尼电阻 rd，C1上电压全部加到 rt上（不象前述有分压），所以输出电压较高，为高效率回路（ rf也同样阻尼了振荡 ）。z 发生器的标称电压每级主电容的标称（额定）充电电压值与级数的乘积，一2.4 冲

8、击电压发生器的技术指标般为几百千至几千千伏。z 发生器的标称能量主电容在标称电压下的总存储能量。一般为几十千焦到几百千焦。z 发生器的效率输电电压峰值与各级实际充电压值的总和之比。3 冲击电压发生器放电回路的数学分析3.1 基本分析基本 Marx回路和高效回路均有相同的等值回路，只是各自的 Rd、 Rf、 Rt取值不同而已，对高效回路 Rd=0 。拉普拉斯运算电路放电等效电路3.1 基本分析)/()(212bassdUsU +=由电路理论：)(/121 tftdfdRRRRRRCCb +=)()(/21 fttdRRCRRCba +=bCRdt 1=其中：3.1 基本分析)(2112tstse

9、eUU = 反变换得：)/()/(2121121ssssCRssdt=2/1221)2/()2/(, baass =回路系数，大小与电路的回路有关方程的根为：3.1 基本分析0/2=dtdu)/ln( ss由得)/1(12112sssTm=发生器放电电压效率峰值时刻0112)(21 UeeUUmmTsTsm=峰值012/ = UUm波形系数053.2 简化回路的近似分析)(2112tstseeUU = |12ss )1()1(22212tsmtseUeUU )exp(13.01222tsUUmm=)exp(19.02222tsUUmm=3.2 简化回路的近似分析（波头时间计算）)exp(19.

10、0)exp(13.022221222tsUUtsUUmmmm=1.0)exp(7.0)exp(2212=tsts221224.36.0/7ln)3.09.0/()( TTttTf=)/()(21212CCCCRRTfd+)/()(24.32121CCCCRRTfdf+=令 S2=-1/T2,则3.2 简化回路的近似分析（波尾时间计算、回路效率）)exp(2/122 tmmTsUU 令 S1=-1/T1,则11693.02ln TTTt=)(211CCRRTtd+)(693.021CCRRTtdt+回路效率)/()/(211 dttRRRCCC +3.3 考虑电感的简化回路分析在前述分析中，波尾

11、的简化公式与实际相符，而波头与实测波前值差异较大，是由于回路电感所致。为获得非振荡波2/121212+CCCCLRRfd)/()(33.233.2327.2212122CCCCRRTTTfdf+=2/1)(66.4 LCTf=临界阻尼波头时间：取临界值，得4 冲击电压发生器的充电回路4.1 几种充电回路介绍1、基本充电回路特点：放电时每个充电电阻上的电压不超过电容器上的充电电压 ， 结构A表串大电阻RD测充电电压 mA表串于变压器地端测充电电流两表均接保护间隙，以防仪表损坏时控制桌上出现高电压，简单；首、末电容器充电时间不一样；保护电阻 r=10R。只利用了 T的半个周波（未充分利用 T）4.

12、1 几种充电回路介绍2、高效回路特点： rf+rt构成充电电阻对雷电冲击波， rf+rt C2时， Ug2 = 2U，但 C1、 C3均为杂散电容，小于C2，所以自然过电压倍数下降。C2：球隙 g2电容 ; C1： X点对地杂散电容 ;C3： W点对地杂散电容充电电阻R的影响5.1 冲击电压发生器影响同步的主要因素Y、 X点均要经 R放电，使 Y、 X点电位衰减， g2上自然过电压下降。X点 ： 经 R向 Z点放电 ： TX=（ C1+C3） R点 ： 经 向 ： （ ）Y点：经 R向 W点充电： TY=（ C1+C3） RR： 104， C1+C3约 10-1110-12F T （ 0.01

13、0.1） 10-6TX 、 TY同时作用，使得 g2上的自然过电压按时间常数衰减，这种衰减很快。而球隙放电要有一定时延，等到 g2击穿时，过电压已衰减不少。综上， g2的电容 C2和 R均使球隙上自然过电压降低，影响同步。（ R不能过大，否则，充电又不均匀）5.1 冲击电压发生器影响同步的主要因素2、高效回路 g2的电容 C2的影响=tfrrR ,0,)1(321312CCCCCUUUUXYg+=5.1 冲击电压发生器影响同步的主要因素 rf的衰减作用Y、 X点在 C2上建立过电压，电阻 rf对电压波有衰减和时延作用，所以实际 Ug2比上式小。 R、 (rf+rt)的影响Ug2比基本回路衰减更

14、快，高效率回路的 自然过电压 比基本回路低， 同步性能 不如后者。95.2 改善发生器同步性能措施球隙放电具有分散性，外界条件有可能增大分散程度。为使冲击发生器可靠的调节，良好的同步，一般认为过电压 1.2倍时方可超过球隙的放电分散范围。但是，因为目前高参数冲击发生器多数采用高效率回路，而上面已分析高效回路同步性能不如基本回路。若再碰上：主电容 C大，则雷电波时 rt小（更快衰减）；负荷电容 C0小，操作波时则必然 rf，所以 Ug2则同步则更加困难。5.2 改善发生器同步性能措施1、利用适当回路布置，增大自然过电压增大杂散电容提高同步；第二级 X点连 Rg、 Cg固定电位，相当于前述 C1，

15、所以同步改善。5.2 改善发生器同步性能措施2、改善触发促使球隙放电z球隙形成 一垂直线上；（前级放电的紫外线照射到后一级球隙，促使它放电，从而提高同步性能）z利用每级 球隙的针极和球皮的火花照射（图 5-32）；z球隙密封 并加以压缩气体，减小放电分散性；z利用多极 间隙球隙改善同步（图 5-34）。6 冲击电压发生器的结构6.1 冲击电压发生器结构设计的要求 电性能上要求绝缘可靠（不发生闪络或击穿事故）。 机械上要稳定牢靠。除本身载荷外，要考虑地震，在露天的要考虑风载 。 在保证绝缘和稳定的前提下，结构高度、底面积尽可能小。 回路尽可能短，电感尽可能小。 考虑检修、维护及调整时的方便与安全。一些需经常调节的部分，应易于接近。在较高电压的冲击发生器设计中，必须考虑电容器的拆装起卸的方便与可能。 增加试验时的灵活性，有可能方便地改变接法或更换元件来增减冲击电容、输出电压或调节波形。6.2 冲击电压发生器的几种结构形式z 阶梯式z 塔式z 柱式z 圆筒式106.2 冲击电压发生器的几种结构形式1、阶梯式特点： 利用水平方向的间隙作为绝缘，结构高度较低，但占有较大的有效面积，需料多，连线长，电感大，技术性能较差，拆装、检修十分方便。（双梯、多梯式稍好），目前这种结构已不再采用。6.2 冲击电压发生器的几种结构形式